GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

 

Materi yang dibahas dalam kelompok ini adalah  :

34.1  Persamaan Maxwell danPenemuan Hertz

34,2 Gelombang elektromagnetik Pesawat

34,3 Energi Dibawa oleh Gelombang elektromagnetik

34,4  Momentum dan Radiasi Tekanan Produksi

34,5  elektromagnetik Antena gelombang oleh suatu

34,6  Spektrum dari Gelombang elektromagnetik

 

Gelombang elektromagnetik mencakup spektrum yang luas dari panjang gelombang, dengan gelombang dalam berbagai panjang gelombang berkisar memiliki sifat yang berbeda. Gambar-gambar dari acara Nebula Kepiting struktur yang berbeda untuk pengamatan dibuat dengan gelombang dari berbagai panjang gelombang. Gambar (Searah jarum jam mulai dari kiri atas) diambil dengan x-ray, cahaya tampak, gelombang radio, dan gelombang inframerah. (Atas left-NASA/CXC/SAO; atas kanan Observatorium Palomar; lebih rendah right-VLA/NRAO; kiri bawah-WM Keck Observatory) 1067 . Menurut definisi,propagasi dari mekanik gangguan-seperti gelombang suara, gelombang air, dangelombang pada tali-membutuhkan kehadiran media. Dalam Bagian 31.7 kita memberikan deskripsi singkat dari persamaan Maxwell, yang membentuk teori dasar dari semua fenomena elektromagnetik. Konsekuensi dari Maxwellpersamaan jauh jangkauannya dan dramatis. Hukum amper-Maxwell memprediksi bahwawaktu bervariasi medan listrik menghasilkan medan magnet, sama seperti hukum Faraday memberitahu kita bahwawaktu bervariasi medan magnet menghasilkan medan listrik.Yang mengherankan, persamaan Maxwell juga memprediksi keberadaan elektromagnetikgelombang yang merambat melalui ruang pada kecepatan cahaya c. Penemuan yang telah menyebabkan praktis sistem komunikasi, termasuk radio, televisi, radar, dan opto-elektronik. Padatingkat konseptual, Maxwell terpadu subyek cahaya dan elektromagnetik dengan mengembangkangagasan bahwa cahaya adalah bentuk radiasi elektromagnetik.

 

34.1  PERSAMAAN MAXWELL DANPENEMUAN HERTZ

 

Gelombang terdiri dari osilasi medan listrik dan magnetik pada sudut kanansatu sama lain dan terhadap arah propagasi gelombang. Jadi, gelombang elektromagnetik gelombang transversal. Gelombang terpancar dari biaya osilasi dapat dideteksi padabesar jarak. Selanjutnya, gelombang elektromagnetik membawa energi dan momentum danmaka dapat menekan permukaan.

Bab ini diakhiri dengan melihat pada berbagai frekuensi dicIp olehgelombang elektromagnetik. Sebagai contoh, gelombang radio (frekuensi sekitar 107 Hz) yanggelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh arus berosilasi dalam sebuah menara transmisi radioantena. Gelombang cahaya adalah bentuk frekuensi tinggi radiasi elektromagnetik (sekitar
1014 Hz) yang dihasilkan oleh elektron dalam atom berosilasi.34.1 Maxwell Persamaan dan itu Hertz
PenemuanDalam teori terpadu tentang elektromagnetisme, Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik
adalah konsekuensi alami dari hukum dasar dinyatakan dalam empat berikut persamaan

Pada bagian berikutnya kita menunjukkan bahwa 34,3 dan 34,4 Persamaan dapat dikombinasikan untuk mendapatkan persamaan gelombang untuk kedua bidang listrik dan medan magnet. Dalam ruang kosong, di manaq =0 dan I= 0, solusi untuk kedua persamaan menunjukkan bahwa kecepatan di managelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan perjalanan cahaya diukur. Hasil ini dipimpinMaxwell untuk memprediksi bahwa gelombang cahaya adalah bentuk radiasi elektromagnetik.Aparat eksperimental yang Hertz digunakan untuk menghasilkan dan mendeteksi elektromagnetik gelombang ditunjukkan secara skematis pada Gambar 34.1. Sebuah kumparan induksi terhubung kepemancar terdiri dari dua elektroda bola dipisahkan oleh celah sempit. Kumparanmenyediakan tegangan pendek surges untuk elektroda, membuat satu positif dan negatif lainnya.Sebuah percikan yang dihasilkan antara lingkungan ketika medan listrik dekat baik
elektroda melampaui kekuatan dielektrik untuk udara (3 $ 106 V / m; lihat Tabel 26.1). Dalammedan listrik yang kuat, percepatan elektron bebas menyediakan mereka dengan cukupenergi untuk mengionisasi molekul-molekul mereka mogok. Ionisasi ini memberikan elektron,yang dapat mempercepat dan menyebabkan ionizations lebih lanjut. Seperti udara di celah merupakan terionisasi, itumenjadi konduktor yang jauh lebih baik, dan debit antara elektroda pameranperilI osilasi pada frekuensi yang sangat tinggi. Dari sudut pandang listrik-sirkuit, iniadalah setara dengan sebuah sirkuit LC di mana induktansi adalah bahwa dari kumparan dan kapasitansiini disebabkan oleh elektroda bola.Karena L dan C yang kecil dalam aparatus Hertz, frekuensi osilasi tinggi,pada urutan 100 MHz. (Ingat kembali dari 32,22 Persamaan bahwa untuk sirkuit LC..) Gelombang elektromagnetik yang diradiasikan pada frekuensi ini sebagai hasil dari osilasi (danmaka akselerasi) biaya gratis di sirkuit pemancar. Hertz mampu mendeteksigelombang ini menggunakan loop tunggal kawat dengan celah elektroda sendiri (penerima). Seperti penerima loop, ditempatkan beberapa meter dari pemancar, memiliki induktansi sendiri yang efektif,kapasitansi, dan frekuensi osilasi alami. Dalam percobaan Hertz, percikandiinduksi di seluruh perbedaan dari elektroda menerima ketika frekuensipenerima disesuaikan agar cocok dengan pemancar. Jadi, Hertz menunjukkan bahwaarus berosilasi diinduksi di penerima diproduksi oleh gelombang elektromagnetikdipancarkan oleh pemancar. Eksperimennya adalah analog dengan fenomena mekanikdi mana garpu tala merespon getaran Istik dari suatu penyetelan identikg arpu yang berosilasi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34,2 SIFAT-SIFAT GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Sebelum mempelajari sifat sifat geombang mari keta ingat lagi persamaan-persamaan berikut :

. . . . . . . . . . . . (1)

. . . . . . . . . . . . (2)

. . . . . . . . . . . . (3)

. . . . . . . . . . . . (4)

. . . . . . . . . . . . (5)

. . . . . . . . . . . . (7)

. . . . . . . . . . . . (6)

 

. . . . . . . . . . . . (8)

. . . . . . . . . . . . (9)

. . . . . . . . . . . . (11)

. . . . . . . . . . . . (10)

. . . . . . . . . . . . (11)

. . . . . . . . . . . . (12)

. . . . . . . . . . . . (13)

 

. . . . . . . . . . . . (14)

. . . . . . . . . . . . (15)

. . . . . . . . . . . . (16)

. . . . . . . . . . . . (17)

. . . . . . . . . . . . (18)

. . . . . . . . . . . . (19)

. . . . . . . . . . . . (20)

. . . . . . . . . . . . (21)

. . . . . . . . . . . . (23)

. . . . . . . . . . . . (22)

 

Dapat disimpulkan dari persamaan Maxwell. Satu pendekatan berasal sifat-sifat adalah untuk memecahkan persamaan diferensial orde kedua diperoleh dari persamaan Maxwell ketiga dan keempat. Sebuah pengobatan matematika ketatsemacam itu berada di luar lingkup teks ini. Untuk menghindari masalah ini, kita berasumsi bahwavektor-vektor untuk medan listrik dan medan magnet dalam gelombang elektromagnetik memilikiruang-waktu tertentu perilI yang sederhana tetapi konsisten dengan persamaan Maxwell.Untuk memahami prediksi gelombang elektromagnetik lebih lengkap, mari kita fokus kitaperhatian pada gelombang elektromagnetik yang bergerak dalam arah x (arahpropagasi). Pada gelombang ini, E adalah medan listrik dalam arah y, dan magnetiklapangan B adalah dalam arah z, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 34.2. Gelombang seperti ini, di manamedan listrik dan medan magnet terbatas menjadi sejajar dengan sepasang tegak lurussumbu, dikatakan gelombang terpolarisasi linier. Selanjutnya, kita asumsikan bahwa pada setiaptitik dalam ruang, E dan B besaran dari ladang tergantung pada x dan t saja, dan tidakpada y atau z koordinat.Marilah kita juga membayangkan bahwa sumber gelombang elektromagnetik sedemikian rupa sehingga gelombangterpancar dari setiap posisi di bidang yz (bukan hanya dari asal seperti bisa disarankanoleh Gambar 34.2) merambat dalam arah x, dan semua gelombang tersebut dipancarkan difase.

Jika kita mendefinisikan sinar sebagai garis sepanjang yang gelombang itu bergerak, maka semua sinar untuk inigelombang paralel. Ini seluruh koleksi gelombang sering disebut gelombang pesawat. Sebuahmenghubungkan titik-titik permukaan fase yang sama pada semua gelombang, yang kita sebut gelombang depan, sebagai diperkenalkan pada Bab 17, merupakan pesawat geometris. Sebagai perbandingan, titik sumber radiasimengirimkan gelombang keluar radial ke segala arah. Permukaan yang menghubungkan titik yang samafase untuk situasi ini adalah bola, jadi ini disebut gelombang bola.Kita dapat berhubungan E dan B untuk satu sama lain dengan 34,3 dan 34,4 Persamaan. Dalam ruang kosong,dimana q =0 dan I= 0, Persamaan 34,3 tetap tidak berubah dan Persamaan 34,4 menjadi(34.5)Menggunakan Persamaan 34,3 dan 34,5 dan asumsi pesawat-gelombang, kita memperoleh yang berikutpersamaan diferensial yang berkaitan E dan B.

Kita akan menurunkan persamaan ini kemudian secara resmidalam bagian ini.)(34.6)(34.7)Perhatikan bahwa di sini adalah turunan derivatif parsial.. Mengambil turunan dari Persamaan 34,6 terhadap x dan menggabungkanGambar 34,2 elektromagnetik Sebuahgelombang berjalan di c kecepatan dalamarah x positif. Para istriklapangan adalah sepanjang arah y, danmedan magnet adalah sepanjang arah z. Sebuah titik lengket dalam jenisdiskusi adalah apa yang kita maksud dengangelombang tunggal. Kita bisa mendefinisikan satugelombang dengan yang dipancarkan olehtunggal dibebankan partikel. Dalamprakteknya, bagaimanapun, gelombang katamewakili baik emisidari satu titik (=gelombang dipancarkandari setiap posisi dalam yzpesawat =) dan pengumpulangelombang dari semua titik padasumber (=pesawat gelombang=). Andaharus mampu menggunakan istilah ini dalamkedua cara dan untuk memahami nyaarti dari nteks.hasilnya dengan Persamaan 34,7, kita memperoleh(34.8)Dalam cara yang sama, mengambil turunan dari Persamaan 34,7 terhadap x dan menggabungkandengan Persamaan 34,6, kita memperoleh (34.9)Persamaan 34,8 dan 34,9 keduanya memiliki bentuk gelombang umum equation1 dengangelombang kecepatan v digantikan oleh c, di mana 34.10) 34,10, kita menemukan bahwa c =$ 108 2,997 92 m / s. Karena kecepatan ini adalah persis sama dengankecepatan cahaya dalam ruang kosong, kita dituntun untuk percaya (benar) bahwa cahaya adalah suatu elektromagnetikgelombang.

Solusi sederhana untuk Persamaan 34,8 dan 34,9 adalah gelombang sinusoidal, dimanabesaran medan E dan B bervariasi dengan x dan t sesuai dengan ekspresi(34.11)(34.12)mana Emax dan Bmax adalah nilai maksimum dari bidang. Jadi, untuk gelombang elektromagnetik,panjang gelombang dan frekuensi gelombang ini terkait dengan(34.13)Gambar 34.3a adalah representasi bergambar, di salah satu instan, dari sinusoidal, lineargelombang bidang terpolarisasi bergerak dalam arah x positif. Gambar 34.3b menunjukkan bagaimanavektor medan listrik dan magnet pada lokasi yang tetap bervariasi dengan waktu.Mengambil turunan parsial dari Persamaan 34,11 (terhadap x) dan 34,12 (denganterhadap t), kita menemukan bahwa1070

Gelombang elektromagnetikKecepatan elektromagnetik gelombang. Persamaan gelombang umum diperkenalkan sebagai Persamaan 16,27, dan akan berguna bagi Anda untuk meninjau Bagian 16,6.Sinusoidal listrik dan bidang magnetDengan mensubstitusikan hasil ini ke dalam Persamaan 34,6, kita menemukan bahwa pada suatu instanDengan hasil ini bersama-sama dengan 34,11 dan 34,12 Persamaan, kita melihat bahwa(34.14)Artinya, pada setiap instan rasio besarnya medan listrik kebesarnya medan magnet dalam gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatancahaya.

Akhirnya, perhatikan bahwa gelombang elektromagnetik mematuhi prinsip superposisi (yangkita bahas dalam Bagian 18.1 sehubungan dengan gelombang mekanik) karena diferensialpersamaan melibatkan E dan B adalah persamaan linear. Sebagai contoh, kita dapat menambahkan dua gelombangdengan frekuensi yang sama dan polarisasi hanya dengan menambahkan besaran dari dualistrik bidang aljabar.

Mari kita meringkas sifat-sifat gelombang elektromagnetik seperti yang telah kita menggambarkan mereka:• Solusi dari persamaan Maxwell ketiga dan keempat seperti gelombang, dengan E baikdan B memuaskan persamaan gelombang.

Gelombang elektromagnetik perjalanan melalui ruang kosong pada kecepatan cahaya• Komponen-komponen medan listrik dan magnetik gelombang elektromagnetik pesawattegak lurus satu sama lain dan tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang.Kita dapat meringkas properti kedua dengan mengatakan bahwa gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal.

.Medan listrik dan medan magnet adalah diukur dalam unit yang berbeda, bagaimanapun,sehingga mereka tidak dapat langsungdibandingkan. Dalam Bagian 34.3, kitamenemukan bahwa listrik dan magnetbidang kontribusi yang sama untukenergi gelombang.(B) (A)Aktif Gambar 34.3 Representasi dari sebuah pesawat, sinusoidal terpolarisasi liniergelombang elektromagnetik bergerak dalam arah x positif dengan kecepatan c. (A) gelombang padabeberapa instan. Perhatikan variasi sinusoidal E dan B dengan x. (B) urutan waktu(Mulai dari kiri atas) yang menggambarkan vektor medan listrik dan magnet pada tetap titik dalam bidang yz, seperti yang terlihat oleh seorang pengamat melihat ke arah x negatif. Paravariasi dari E dan B dengan t adalah sinusoidal.Di link dapat mengamati gelombang di bagian(A) dan variasibidang dalam bagian (b). Selain itu,Anda dapat mengambil sebuah =snapshot= darigelombang pada waktu instandan menyelidiki listrik dan medan magnet pada saat itu.Sifat-sifat elektromagnetikgelombang• Besarnya E dan B pada ruang kosong yang terkait dengan ekspresiE / B =c.• Gelombang elektromagnetik mematuhi prinsip superposisi. Gelombang elektromagnetik. Kuis Cepat 34.1 Apa perbedaan fasa antara sinusoidalosilasi dari medan listrik dan magnetik pada Gambar 34,3? (A) 180 ° (b) 90 ° (c) 0(D) tidak mungkin untuk menentukan.Contoh 34.1 gelombang elektromagnetik(B) Pada titik tertentu dan pada beberapa instan, medan listrik telahnilai maksimum dari 750 N / C dan berada di sepanjang sumbu y.

Menghitungbesar dan arah medan magnet padaposisi dan waktu.Solusi Dari Persamaan 34,14 kita melihat bahwa Karena E dan B harus tegak lurus satu samalain dan tegak lurus terhadap arah propagasi gelombang(X dalam kasus ini), kita menyimpulkan bahwa B adalah zarah.(C) Write ekspresi untuk variasi ruang-waktukomponen medan listrik dan magnet untuk inigelombang.Solusi Kita dapat menerapkan Persamaan 34,11 dan 34,12 secara langsung:mana
=ebuah gelombang sinusoidal elektromagnetik frekuensi 40,0 MHzperjalanan di ruang bebas dalam arah x, seperti pada Gambar 34,4.(A) Tentukan panjang gelombang dan periode gelombang., kita telahT periode gelombang adalah kebalikan dari frekuensi Gambar 34.4 (Contoh 34.1) Pada instan beberapa, pesawat elektromagnetikgelombang bergerak dalam arah x memiliki maksimummedan listrik sebesar 750 N / C dalam arah y positif. Paramedan magnet yang sesuai pada titik yang memiliki magnitudo E / cdan dalam arah z.Jelajahi gelombang elektromagnetik frekuensi yang berbeda di link Penurunan Persamaan 34,6 dan 34,7Untuk memperoleh Persamaan 34,6, kita mulai dengan hukum Faraday, Persamaan 34,3:Mari kita kembali mengasumsikan bahwa gelombang elektromagnetik adalah perjalanan dalam arah x, denganE medan listrik dalam arah y positif dan medan magnet B di  positif arah. E d s =) d (Pertimbangkan dx persegi panjang lebar dan tinggi berbaring di bidang xy, seperti yang ditunjukkan padaGambar 34,5. Untuk menerapkan Persamaan 34,3, pertama kita harus mengevaluasi garis integral dari E dssekitar persegi panjang ini. Kontribusi dari atas dan bawah dari persegi panjang adalahnol karena E adalah tegak lurus terhadap ds untuk jalur ini. Kita dapat mengekspresikan medan listrikdi sisi kanan dari persegi panjang sebagaisedangkan lapangan pada side2 kiri adalah hanya E (x, t).

Oleh karena itu, garis integral selama inipersegi panjang adalah sekitar(34.15)Karena medan magnet dalam arah z, fluks magnetik melalui persegi panjang area dx adalah sekitar (B =B dx. (Ini mengasumsikan bahwa dx sangat kecil dibandingkandengan panjang gelombang dari gelombang) Mengambil turunan waktu dari fluks magnetik. Memberikan (34.16)Dengan mensubstitusikan Persamaan 34,15 dan 34,16 menjadi 34,3 Persamaan memberikanUngkapan ini ersamaan 34,6.Dengan cara yang sama, kita bisa memverifikasi Persamaan 34,7 dengan memulai dengan keempat Maxwell persamaan dalam ruang kosong (Persamaan 34,5). Dalam hal ini, integral garis B ds dievaluasisekitar persegi panjang tergeletak di bidang xz dan memiliki dx lebar dan panjang, seperti dalam Gambar34,6.

Memperhatikan bahwa besarnya perubahan medan magnet dari B (x, t) ke B (x ‘dx, t)atas dx lebar dan bahwa arah di mana kita mengambil integrl garis seperti yang ditunjukkan dalamGambar 34,6, garis terpisahkan atas persegi panjang ini ditemukan kira-kira(34.17)Fluks listrik melalui persegi panjang adalah (E =E dx, yang, ketika dibedakan denganterhadap waktu, memberikan(34.18)Dengan mensubstitusikan Persamaan 34,17 dan 34,18 menjadi 34,5 Persamaan memberikanPersamaan yang 34,7.

Gambar 34,5 Pada sekejap ketikagelombang bidang bergerak dalam x ‘arah melewatipersegi panjang jalan lebar dx berbaring dixy pesawat, medan listrik diarah y bervariasi dari E ke E ‘dE.Ini variasi spasial dalam E menimbulkanke medan magnetik yang berubah terhadap waktusepanjang arah z, menurutPersamaan 34,6.2 Karena dE / dx dalam persamaan ini dinyatakan sebagai perubahan dalam E dengan x pada t instan, dE / dxsetara dengan turunan parsial.Gambar 34.6 Pada sekejap ketikagelombang pesawat melewatipersegi panjang jalan lebar dx berbohongdi bidang xz, medan magnetdalam arah z bervariasi dari B keDB B ‘. Ini variasi spasial dalam B menimbulkan waktu-bervariasi listriklapangan sepanjang arah y,menurut Persamaan 34,7.34,3 Energi Gelombang elektromagnetikDibawa olehGelombang elektromagnetik membawa energi, dan saat mereka merambat melalui ruang yang mereka apatmentransfer energi ke objek ditempatkan di jalan mereka. Laju aliran energi dalam elektromagnetik suatugelombang digambarkan oleh vektor S, yang disebut vektor Poynting, yang didefinisikanoleh ekspresi(34.19)Besarnya dari vektor Poynting mewakili tingkat di mana energi mengalirmelalui satuan luas permukaan tegak lurus terhadap arah propagasi gelombang. Jadi,besarnya dari vektor Poynting mewakili kekuatan per unit area. Arahvektor adalah sepanjang arah propagasi gelombang (Gambar 34.7). SI unitVektor Poynting adalah J / s m2 = W/m23

Sebagai contoh, mari kita mengevaluasi besarnya S gelombang elektromagnetik pesawatdi mana & E B & =EB. Dalam hal ini,(34.20) Karena B =E / c, kita juga dapat mengekspresikan ini sebagaiPersamaan ini berlI untuk S pada seiap instan waktu dan mewakili tingkat sesaatdi mana energi sedang melewati sebuah satuan luas.Apa kepentingan yang lebih besar untuk gelombang elektromagnetik pesawat sinusoidal wakturata-rata S atas satu atau lebih siklus, yang disebut intensitas gelombang I. (Kami membicarakanintensitas gelombang suara dalam Bab 17.) Ketika rata-rata ini diambil, kita emperolehekspresi yang melibatkan rata-rata waktu cos2 (kx) t), yang sama. Oleh karena itu,nilai rata-rata S (dengan kata lain, intensitas gelombang) adalah(34.21)Ingat bahwa energi per satuan volume, yang merupakan kepadatan energi seketikaue berhubungan dengan medan listrik, diberikan oleh Persamaan 26,13,dan bahwa kepadatan energi seketika UB berhubungan dengan medan magnet diberikanoleh persamaan 32,14.

.Besarnya bervariasi dalam waktu, mencapai maksimumnilai pada saat yang sama denganbesaran dari E dan B lIkan. Pararata-rata transfer energidiberikan oleh Persamaan 34,21.Gambar Vektor Poynting 34,7  untuk pesawat elektromagnetikgelombang sepanjang arah propagasi gelombang. intensitas didefinisikan dalam cara yang sama seperti diBab 17 (sebagai kekuatan per unitarea). Dalam industri optik, bagaimanapun,daya per satuan luas disebut yang radiasi, dan intensitas radiasididefinisikan sebagai kekuasaan diwatt per sudut solid (diukurdalam steradians).

Gelombang intensitasKarena E dan B bervariasi dengan waktu untuk gelombang elektromagnetik, kepadatan energi juga bervariasidengan waktu. Ketika kita menggunakan hubungan B =E / c dan, ekspresi untukUB menjadi Membandingkan hasil ini dengan ekspresi untuk UE, kita melihat bahwaArtinya, kepadatan energi seketika berhubungan dengan medan magnet dari sebuahgelombang elektromagnetik sama dengan kepadatan energi seketika terkait dengan medan listrik. Oleh karena itu, dalam suatu volume tertentu energi sama bersama oleh dua bidang.U kerapatan total energi sesaat adalah sama dengan jumlah kepadatan energiterkait dengan medan listrik dan magnet:Saat ini kepadatan energi total sesaat adalah rata-rata lebih dari satu atau lebih siklus dari sebuahgelombang elektromagnetik, kita kembali mendapatkan faktor. Oleh karena itu, untuk setiap elektromagnetikgelombang, energi total rata-rata per satuan volume adalah(34.22)Membandingkan hasil ini dengan Persamaan 34,21 untuk nilai rata-rata S, kita melihat bahwa(34.23)Dengan kata lain, intensitas gelombang elektromagnetik sama dengan rata-ratakepadatan energi dikalikan dengan kecepatan cahaya.

Energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik 1075Jumlah energi seketika kepadatan elektromagnetik suatugelombangEnergi rata-rata kepadatan dari gelombang elektromagnetikKuis Cepat 34.2 Sebuah gelombang elektromagnetik merambat dalam arah y).

Medan listrik pada suatu titik dalam ruang sesaat berorientasi pada arah x ‘. Paramedan magnet pada titik yang sesaat berorientasi pada (a)) x arah (b) y ‘arah (c) ‘z arah (d)) z arah.

 

Kuis Cepat 34,3 Manakah dari berikut ini konstan untuk pesawat elektromagnetik gelombang? (A) besarnya vektor Poynting (b) kepadatan energi UE (c) kepadatan energiUB (d) intensitas gelombang.Contoh 34,2 Fields pada Pageintensitas dari gelombang elektromagnetik juga diberikan lehPersamaan 34,21, kami telahKita sekarang harus membuat beberapa asumsi tentang nomor untukmasuk dalam persamaan ini. Jika kita memiliki sebuah bola lampu 60-W, yangoutput pada efisiensi 5 adalah sekitar 3,0 W dengan terlihatcahaya. (Energi yang tersisa transfer keluar dari bola lampu dengankonduksi dan radiasi yang tidak terlihat) Sebuah jarak yang wajar.dari lampu ke halaman mungkin 0,30 m.

Jadi,kami telah memperkirakan besaran maksimum listrik danmagnetik bidang cahaya yang insiden di halaman inikarena cahaya yang datang dari lampu meja Anda.PerlIkan bola sebagai titik sumber radiasi elektromagnetikyang 5 efisien dalam mengubah energi yang berasaloleh transmisi listrik untuk energi yang keluar dengan terlihat cahaya. Solusi dari Persamaan 17,7 Ingat bahwa intensitas gelombangSaya jarak r dari sumber titik adalah I == av / 4, r 2, dimana . Karena 34,4 Momentum dan Tekanan Radiasi Gelombang elektromagnetik momentum linier transportasi serta energi.

Oleh karena itu, sebagaimomentum ini diserap oleh permukaan beberapa, tekanan yang diberikan pada permukaan. Kamiakan nanggung dalam diskusi ini bahwa gelombang elektromagnetik pemogokan permukaan padakejadian normal dan ransport U energi total ke permukaan dalam interval waktu. t.Maxwell menunjukkan bahwa, jika permukaan menyerap semua energi insiden U dalam interval waktu(Seperti halnya benda hitam, diperkenalkan dalam Bagian 20.7), total momentum p diangkut ke permukaan memiliki besaran(34.24)Tekanan diberikan pada permukaan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas F / A. Marilah kitamenggabungkan ini dengan hukum kedua Newton:Jika sekarang kita ganti p, momentum diangkut ke permukaan oleh radiasi, dariPersamaan 34,24, kami telahKami menyadari (dU / dt) / A sebagai tingkat di mana energi tiba di permukaan per unitdaerah, yang merupakan besarnya vektor Poynting. Dengan demikian, radiasitekanan Pdiberikan pada permukaan menyerap sempurna adalah(34.25)Jika permukaan reflektor yang sempurna (seperti cermin) dan kejadian yang normal, makamomentum diangkut ke permukaan dalam interval waktu. t adalah dua kali yang diberikan olehPersamaan 34,24. Artinya, momentum ditransfer ke permukaan oleh masukcahaya p =U / c, dan yang ditransfer oleh cahaya yang dipantulkan juga adalah p= U / c. Oleh karena itu,(34.26)Momentum dikirim ke permukaan memiliki reflektifitas suatu tempat antaradua ekstrem memiliki nilai antara U / c dan 2U / c, tergantung pada sifat daripermukaan. Akhirnya, tekanan radiasi yang diberikan pada permukaan yang sempurna untuk mencerminkankejadian yang normal dari gelombang  P =(34,27) c (penyerapan lengkap)

Gelombang elektromagnetik Untuk kejadian miring pada permukaan sempurna mencerminkan, momentum ditransfer adalah (2 U cos /) / cdan tekanan adalah P =(2S cos2 /) / c di mana / adalah sudut antara yang normal ke permukaan danarah propagasi gelombang.Dari Persamaan 34,14,Nilai ini adalah dua perintah besarnya lebih kecil dari Medan magnet bumi, yang, tidak seperti medan magnet digelombang cahaya dari lampu meja Anda, tidak berosilasi.  Tekanan radiasi diberikan padapermukaan menyerap sempurna Momentum diangkut kepermukaan menyerap sempurnaTekanan radiasi diberikan padasempura mencerminkan permukaanMeskipun tekanan radiasi sangat kecil (sekitar 5 $ 10) 6 N/m2 untuk langsungsinar matahari), mereka telah diukur dengan neraca torsi seperti yang ditunjukkan padaGambar 34.8. Sebuah cermin (reflektor yang sempurna) dan disk hitam (penyerap sempurna) yangdihubungkan oleh batang horizontal ditangguhkan dari serat halus. Normal-insiden cahayamencolok disk hitam sepenuhnya diserap, sehingga semua momentum cahayaditransfer ke disk. Normal-insiden cahaya mencolok cermin adalah benar-benar tercermin,dan karenanya momentum ditransfer ke cermin dua kali lebih besar seperti yang ditransferke disk. Tekanan radiasi ditentukan dengan mengukur sudut melaluiyang menghubungkan batang horisontal berputar. Peralatan harus ditempatkan di tinggivIm untuk menghilangkan efek dari arus udara.NASA sedang menjajaki kemungkinan berlayar surya sebagai biaya-rendah berarti pengirimanpesawat ruang angkasa ke planet-planet. Lembaran besar akan mengalami tekanan radiasi dari sinar mataharidan akan digunakan dalam banyak cara lembaran kanvas yang digunakan pada perahu layar membumi. Dalam1973 insinyur NASA memanfaatkan momentum sinar matahari mencolok suryapanel dari Mariner 10 (Gambar 34.9) untuk membuat perbaikan-perbaikan kecil ketika pesawat ruang angkasa itupasokan bahan bakar menipis.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34,4 Momentum dan Tekanan Radiasi
Gelombang elektromagnetik momentum linier transportasi serta energi. Oleh karena itu, sebagai
momentum ini diserap oleh permukaan beberapa, tekanan yang diberikan pada permukaan. kami
akan menanggung dalam diskusi ini bahwa gelombang elektromagnetik pemogokan permukaan pada
kejadian normal dan transport U energi total ke permukaan dalam interval waktu. t.
Maxwell menunjukkan bahwa, jika permukaan menyerap semua energi insiden U dalam interval waktu
(seperti halnya benda hitam, diperkenalkan dalam Bagian 20.7), total momentum p diangkut ke permukaan memiliki besaran
p =  (penyerapan lengkap)                                      (34.24)

 

Tekanan diberikan pada permukaan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas F / A. Marilah kita
menggabungkan ini dengan hukum kedua Newton:

P= =

 

Jika sekarang kita ganti p, momentum diangkut ke permukaan oleh radiasi, dari Persamaan 34,24, kami telah

P=  =    =

 

 

Kami menyadari (dU / dt) / A sebagai tingkat di mana energi tiba di permukaan per unit daerah, yang merupakan besarnya vektor Poynting. Dengan demikian, radiasi tekanan P diberikan pada permukaan menyerap sempurna adalah

P =                                                                                                                    (34.25)

 

 

Jika permukaan reflektor yang sempurna (seperti cermin) dan kejadian yang normal, maka momentum diangkut ke permukaan dalam interval waktu. t adalah dua kali yang diberikan oleh Persamaan 34,24. Artinya, momentum ditransfer ke permukaan oleh masuk cahaya adalah p = U / c, dan yang ditransfer oleh cahaya yang dipantulkan juga adalah p = U / c. Oleh karena itu,

 

p = (refleksi lengkap)                                                                                       (34.26)

 

Momentum dikirim ke permukaan memiliki reflektifitas suatu tempat antara dua ekstrem memiliki nilai antara U / c dan 2U / c, tergantung pada sifat dari permukaan. Akhirnya, tekanan radiasi yang diberikan pada permukaan yang sempurna untuk mencerminkan kejadian yang normal dari gelombang is3

P=                                                                                                                     (34.27)

 

3 Untuk kejadian miring pada permukaan sempurna mencerminkan, momentum ditransfer adalah (2U cos /) / c dan tekanan adalah P = (2S /)  c di mana / adalah

 

 

sudut antara yang normal ke permukaan dan
arah propagasi gelombang.

 

 

Gambar 34,9 Mariner 10 panel surya digunakan untuk
“Berlayar di sinar matahari.”

 

 

 

Meskipun tekanan radiasi sangat kecil (sekitar 10 5xN /m2 untuk langsung sinar matahari), mereka telah diukur dengan neraca torsi seperti yang ditunjukkan pada. Normal-insiden cahaya mencolok cermin adalah benar-benar tercermin, dan karenanya momentum ditransfer ke cermin dua kali lebih besar seperti yang ditransfer ke disk. Tekanan radiasi ditentukan dengan mengukur sudut melalui
yang menghubungkan batang horisontal berputar. Peralatan harus ditempatkan di tinggi vakum untuk menghilangkan efek dari arus udara. NASA sedang menjajaki kemungkinan berlayar surya sebagai biaya-rendah berarti pengiriman pesawat ruang angkasa ke planet-planet. Lembaran besar akan mengalami tekanan radiasi dari sinar matahari dan akan digunakan dalam banyak cara lembaran kanvas yang digunakan pada perahu layar membumi. Dalam 1973 insinyur NASA memanfaatkan momentum sinar matahari mencolok surya panel dari Mariner 10 (Gambar 34.9) untuk membuat perbaikan-perbaikan kecil ketika pesawat ruang angkasa itu pasokan bahan bakar menipis. (Prosedur ini dilakukan ketika pesawat berada di
sekitar planet Merkurius. Apakah itu telah bekerja sebagai sumur di dekat Pluto?)

 

 

Kuis Cepat 34,4 Untuk memaksimalkan tekanan radiasi pada layar dari pesawat ruang angkasa menggunakan berlayar surya, harus lembaran menjadi (a) sangat hitam untuk menyerap sebanyak sinar matahari mungkin atau (b) sangat mengkilap, untuk mencerminkan sinar matahari sebanyak mungkin?
Kuis Cepat 34,5 Dalam suatu alat seperti yang pada Gambar 34,8, disk yang diterangi seragam di daerah mereka. Misalkan disk hitam diganti dengan satu dengan
radius setengah. Manakah dari berikut ini berbeda setelah disk diganti? (a) radiasi tekanan pada disk, (b) radiasi berlaku pada disk, (c) momentum radiasi
disampaikan ke disk dalam interval waktu tertentu.

 

Contoh Konseptual 34,3 Menyapu Tata Surya

Sejumlah besar debu antarplanet ada di ruang angkasa.
Meskipun dalam teori partikel-partikel debu dapat bervariasi dalam ukuran dari ukuran molekul lebih besar, sangat sedikit debu di kami tata surya lebih kecil dari sekitar 0,2 m. & Mengapa?

Solusi

Debu partikel dikenakan dua signifikan kekuatan-kekuatan gravitasi yang menarik mereka menuju Sun dan gaya radiasi-tekanan yang mendorong mereka pergi dari Matahari. Gaya gravitasi sebanding dengan kubus dari jari-jari partikel debu bola karena sebanding dengan massa dan karena itu, volume 4 r 3 / 3 partikel. Tekanan radiasi sebanding dengan kuadrat dari jari-jari karena tergantung di salib planar bagian dari partikel. Untuk partikel besar, gravitasi kekuatan yang lebih besar daripada gaya dari tekanan radiasi. Untuk partikel yang memiliki jari-jari kurang dari sekitar 0,2 & m, radiationpressure yang kekuatan yang lebih besar daripada gaya gravitasi, dan sebagai Hasil partikel-partikel ini menyapu keluar dari tata surya.

 

 

Contoh 34,4 Tekanan dari Laser Pointer

Banyak orang memberikan presentasi menggunakan pointer laser untuk mengarahkan perhatian penonton untuk informasi tentang layar. Jika pointer 3.0-mW menciptakan sebuah tempat di layar yang 2,0 mm diameter, menentukan tekanan radiasi pada layar yang mencerminkan 70% dari cahaya yang menyerang itu. Para kekuatan 3,0 mW adalah nilai rata-rata waktu. Solusi Dalam konseptualisasi situasi ini, kita tidak berharap tekanan menjadi sangat besar. Kami mengkategorikan ini sebagai perhitungan tekanan radiasi menggunakan sesuatu seperti Persamaan Persamaan 34,25 atau 34,27, tetapi rumit oleh 70% refleksi. Untuk menganalisis masalah, kita mulai dengan menentukan besarnya dari vektor Poynting balok itu.
Kami membagi kekuatan rata-rata waktu yang disampaikan melalui
gelombang elektromagnetik dengan luas penampang balok:

 

S av = = = =955W/

 

Sekarang kita dapat menentukan tekanan radiasi dari sinar laser. Persamaan 34,27 menunjukkan bahwa benar-benar sinar yang dipantulkan akan menerapkan tekanan rata-rata Pav =2Sav / c. Kita dapat model refleksi aktual sebagai berikut. Bayangkan bahwa permukaan menyerap balok, mengakibatkan tekanan Pav =Sav / c. Kemudian permukaan memancarkan balok, mengakibatkan tekanan tambahan Pav=Sav / c. Jika permukaan hanya memancarkan f sebagian kecil dari balok (sehingga f jumlah balok insiden tercermin), maka tekanan akibat sinar yang dipancarkan Pav =Sav f / c. Jadi,tekanan total pada permukaan akibat penyerapan dan re-emisi (refleksi) adalah

=  + f  =(1+ f )

 

 

Perhatikan bahwa jika f =1, yang merupakan refleksi lengkap,persamaan ini tereduksi menjadi 34,27 Persamaan. Untuk balok yang 70% tercermin, tekanan

=(1+0.70)  =5.4xN/

 

Untuk menyelesaikan contoh, pertimbangkan pertama besarnya.Vektor Poynting. Ini adalah tentang sama dengan intensitas sinar matahari di permukaan bumi. (Untuk alasan ini, tidak aman menyorotkan sinar laser pointer ke mata seseorang; yang mungkin lebih berbahaya daripada melihat langsung di Ming) Perhatikan juga bahwa tekanan memiliki sangat kecil nilai, seperti yang diharapkan. (Ingat kembali dari Bagian 14.2 bahwa atmosfer tekanan sekitar 105 N/m2.)

Bagaimana Jika? Bagaimana jika pointer laser bergerak dua kali lebih jauh
jauh dari layar? Apakah ini mempengaruhi radiasi
tekanan pada layar?
Jawaban
Karena sinar laser populer direpresentasikan sebagai seberkas cahaya dengan penampang konstan, seseorang mungkin akan tergoda untuk mengklaim bahwa intensitas radiasi, dan oleh karena itu tekanan radiasi, akan independen dari jarak dari layar. Namun, sinar laser tidak memiliki penampang konstan pada semua jarak dari sumber-ada perbedaan kecil tetapi terukur dari balok. Jika laser dipindahkan jauh dari layar, area pencahayaan pada layar akan meningkat,
penurunan intensitas. Pada gilirannya, ini akan mengurangi radiasi tekanan. Selain itu, jarak dua kali lipat dari layar akan mengakibatkan hilangnya lebih banyak energi dari balok akibat hamburan dari molekul udara dan partikel debu sebagai cahaya perjalanan dari laser ke layar. Ini lebih lanjut akan mengurangi tekanan radiasi

 

 

Bagaimana Jika?Misalkan energi mencolok atap bisa
ditangkap dan digunakan untuk mengoperasikan perangkat listrik di rumah.
Mungkinkah rumah beroperasi sepenuhnya dari energi ini?
Jawabannya kekuasaan di bagian (A) adalah besar dibandingkan dengan kebutuhan listrik sebuah rumah khas. Jika daya ini dipertahankan selama 24 jam per hari dan energi bisa diserap dan tersedia bagi perangkat listrik, itu akan menyediakan lebih dari energi yang cukup untuk rumah rata-rata.
Namun, energi surya tidak mudah dimanfaatkan, dan prospek untuk konversi skala besar tidak seterang mungkin muncul dari perhitungan ini. Misalnya, efisiensi konversi dari energi surya biasanya 10% untuk

 

fotovoltaik sel, mengurangi daya yang tersedia dalam bagian (A) oleh urutan besarnya. Pertimbangan lain mengurangi kekuasaan lebih jauh. Tergantung pada lokasi, radiasi akan kemungkinan besar tidak akan insiden normal untuk atap dan, bahkan jika (di lokasi dekat khatulistiwa), situasi ini ada hanya untuk waktu singkat di dekat tengah hari. tidak ada energi tersedia untuk sekitar setengah dari setiap hari selama malam hari jam. Selanjutnya, hari berawan mengurangi tersedia energi. Akhirnya, sementara energi yang tiba pada tingkat besar selama tengah hari, beberapa dari itu harus disimpan untuk nanti digunakan, baterai membutuhkan atau perangkat penyimpanan lainnya. Hasilnya dari pertimbangan ini adalah bahwa operasi surya lengkap rumah tidak saat ini biaya-efektif untuk kebanyakan rumah.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34,5  elektromagnetik Antena gelombang oleh suatu

 

Top of Form

Gelombang elektromagnetik momentum linier transportasi serta energi. Oleh karena itu, seperti momentum ini diserap oleh beberapa permukaan, tekanan yang diberikan pada permukaan. Kami akan menanggung dalam diskusi ini bahwa gelombang elektromagnetik pemogokan permukaan pada kejadian normal dan transport U energi total ke permukaan dalam interval waktu (t).
Maxwell menunjukkan bahwa, jika permukaan menyerap semua energi insiden U dalam interval waktu (Seperti halnya benda hitam, diperkenalkan dalam Bagian 20.7), total momentum p diangkut ke permukaan memiliki besaran

p  =       (refleksi lengkap)            (34.24)
Tekanan diberikan pada permukaan didefinisikan sebagai gaya persatuan luas F / A. Marilah kita menggabungkan ini dengan hukum kedua Newton:

P =  =
Jika sekarang kita ganti p, momentum diangkut ke permukaan oleh radiasi, dari
Persamaan 34,24, kami telah

P =    =   =
Kami menyadari (dU / dt) / A sebagai tingkat di mana energi tiba di permukaan perunit
daerah, yang merupakan besarnya vektor Poynting. Dengan demikian, radiasi tekanan P diberikan pada permukaan menyerap sempurna adalah

P =      (refleksi lengkap)                        (34.25)
Jika permukaan reflektor yang sempurna (seperti cermin) dan kejadian yang normal, maka
momentum diangkut ke permukaan dalam interval waktu. (t) adalah dua kali yang diberikan oleh Persamaan 34,24. Artinya, momentum ditransfer ke permukaan oleh masuk cahaya p = U / c, dan yang ditransfer oleh cahaya yang dipantulkan juga adalah p = U / c. Oleh karena itu,                                                      P =     (refleksi lengkap)                                                                  (34.26)
Momentum dikirim ke permukaan memiliki reflektifitas suatu tempat antara dua ekstrem memiliki nilai antara U / c dan 2U / c, tergantung pada sifat dari permukaan. Akhirnya, tekanan radiasi yang diberikan pada permukaan yang sempurna untuk mencerminkan kejadian yang normal dari gelombang is3                                                     P =      (refleksi lengkap)                                       (34,27)
3 Untuk kejadian miring pada permukaan sempurna mencerminkan, momentum ditransfer adalah (2U cos /) / c dan tekanan adalah P =( 2S cos2 /) / c di mana / adalah sudut antara yang normal ke permukaan dan arah propagasi gelombang.

Meskipun tekanan radiasi sangat kecil (sekitar 5 $ 10) 6 N/m2 untuk langsung sinar Matahari), mereka telah diukur dengan neraca torsi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 34.8. Sebuah cermin (reflektor yang sempurna) dan disk hitam (penyerap sempurna) yang
dihubungkan oleh batang horizontal ditangguhkan dari serat halus. Normal-insiden cahaya
mencolok disk hitam sepenuhnya diserap, sehingga semua momentum cahaya ditransfer ke disk. Normal-insiden cahaya mencolok cermin adalah benar-benar tercermin, dan karenanya momentum ditransfer ke cermin dua kali lebih besar seperti yang ditransfer ke disk. Tekanan radiasi ditentukan dengan mengukur sudut melalui yang menghubungkan batang horisontal berputar. Peralatan harus ditempatkan di tinggi vakum untuk menghilangkan efek dari arus udara.

Kuis Cepat 34,4 Untuk memaksimalkan tekanan radiasi pada layar dari
pesawat ruang angkasa menggunakan berlayar surya, harus lembaran menjadi (a) sangat hitam untuk menyerap sebanyak
sinar matahari mungkin atau (b) sangat mengkilap, untuk mencerminkan sinar matahari sebanyak mungkin?Bottom of Form

 

NASA sedang menjajaki kemungkinan berlayar surya sebagai biaya-rendah berart Pengiriman pesawat ruang angkasa ke planet-planet. Lembaran besar akan mengalami tekanan radiasi dari sinar matahari dan akan digunakan dalam banyak cara lembaran kanvas yang digunakan pada perahu layar membumi. Dalam 1973 insinyur NASA memanfaatkan momentum sinar matahari mencolok surya panel dari Mariner 10 (Gambar 34.9) untuk membuat perbaikan-perbaikan kecil ketika pesawat ruang angkasa itu pasokan bahan bakar menipis. (Prosedur ini dilakukan ketika pesawat berada di sekitar planet Merkurius. Apakah itu telah bekerja sebagai sumur di dekat Pluto?)

Bottom of Form

 

 

 

 

Kuis Cepat 34,5 Dalam suatu alat seperti yang pada Gambar 34,8, disk yang
diterangi seragam di daerah mereka. Misalkan disk hitam diganti dengan satu dengan
radius setengah. Manakah dari berikut ini berbeda setelah disk diganti? (A) radiasi
tekanan pada disk, (b) radiasi berlaku pada disk, (c) momentum radiasi
disampaikan ke disk dalam interval waktu tertentu.

 

 

 

 

 

 
Contoh Konseptual 34,3 Menyapu Tata Surya

Sejumlah besar debu antarplanet ada di ruang angkasa. Meskipun dalam teori partikel-partikel debu dapat bervariasi dalam ukuran dari ukuran molekul lebih besar, sangat sedikit debu di kami tata surya lebih kecil dari sekitar 0,2 m. & Mengapa?
Solusi Debu partikel dikenakan dua signifikan kekuatan-kekuatan gravitasi yang menarik mereka menuju Sun dan gaya radiasi-tekanan yang mendorong mereka pergi dari Matahari. Gaya gravitasi sebanding dengan kubus dari jari-jari partikel debu bola karena sebanding dengan massa dan karena itu, volume 4 r 3 / 3 partikel. Tekanan radiasi sebanding dengan
kuadrat dari jari-jari karena tergantung di salib planar bagian dari partikel. Untuk partikel besar, gravitasi kekuatan yang lebih besar daripada gaya dari tekanan radiasi. Untuk partikel yang memiliki jari-jari kurang dari sekitar 0,2 & m, radiationpressure yang kekuatan yang lebih besar daripada gaya gravitasi, dan sebagai Hasil partikel-partikel ini menyapu keluar dari tata surya.

 
Contoh 34,5 Tekanan dari Laser Pointer

Banyak orang memberikan presentasi menggunakan pointer laser untuk mengarahkan perhatian penonton untuk informasi tentang layar. Jika pointer 3.0-mW menciptakan sebuah tempat di layar yang2,0 mm diameter, menentukan tekanan radiasi pada layar yang mencerminkan 70% dari cahaya yang menyerang itu. Para kekuatan 3,0 mW adalah nilai rata-rata waktu.
Solusi Dalam konseptualisasi situasi ini, kita tidak berharap tekanan menjadi sangat besar. Kami mengkategorikan ini sebagai perhitungan tekanan radiasi menggunakan sesuatu seperti
Persamaan Persamaan 34,25 atau 34,27, tetapi rumit oleh 70% refleksi. Untuk menganalisis masalah, kita mulai dengan menentukan besarnya dari vektor Poynting balok itu.

Kami membagi kekuatan rata-rata waktu yang disampaikan melalui gelombang elektromagnetik dengan luas penampang dari:

 

Sav =  = =2 = 955
Sekarang kita dapat menentukan tekanan radiasi dari sinar laser. Persamaan 34,27 menunjukkan bahwa benar-benar sinar yang dipantulkan akan menerapkan tekanan rata-rata
Pav = 2Sav / c. Kita dapat model refleksi aktual sebagai berikut. Bayangkan bahwa permukaan menyerap balok, mengakibatkan tekanan Pav = Sav / c. Kemudian permukaan memancarkan
balok, mengakibatkan tekanan tambahan Pav = Sav / c. Jika permukaan hanya memancarkan f sebagian kecil dari balok (sehingga f jumlah balok insiden tercermin), maka tekanan akibat sinar yang dipancarkan Pav = Sav f / c. Jadi, tekanan total pada permukaan akibat penyerapan dan re-emisi (refleksi) adalah
Pav =  + f  =

Perhatikan bahwa jika f =1, yang merupakan refleksi lengkap, persamaan ini tereduksi menjadi 34,27 Persamaan. Untuk balok yang 70% tercermin, tekanan

Pav =  =5.4 x10-6

Untuk menyelesaikan contoh, pertimbangkan pertama besarnya Vektor Poynting. Ini adalah tentang sama dengan intensitas sinar matahari di permukaan bumi. (Untuk alasan ini, tidak aman menyorotkan sinar laser pointer ke mata seseorang yang mungkin lebih berbahaya daripada melihat langsung di Ming) Perhatikan juga bahwa tekanan memiliki sangat kecil nilai, seperti yang diharapkan. (Ingat kembali dari Bagian 14.2 bahwa atmosfer tekanan sekitar 105 N/m2.)
Bagaimana Jika? Bagaimana jika pointer laser bergerak dua kali lebih jauh jauh dari layar? Apakah ini mempengaruhi radiasi tekanan pada layar?

Jawaban Karena sinar laser populer direpresentasikan sebagai seberkas cahaya dengan penampang konstan, seseorang mungkin akan tergoda untuk mengklaim bahwa intensitas radiasi, dan Oleh karena itu tekanan radiasi, akan independen dari jarak dari layar. Namun, sinar laser tidak memiliki penampang konstan pada semua jarak dari sumber-ada perbedaan kecil tetapi terukur dari balok. Jika laser dipindahkan jauh dari layar, area pencahayaan pada layar akan meningkat, penurunan intensitas. Pada gilirannya, ini akan mengurangi radiasi
tekanan.
Selain itu, jarak dua kali lipat dari layar akan mengakibatkan hilangnya lebih banyak energi dari balok akibat hamburan dari molekul udara dan partikel debu sebagai cahaya perjalanan
dari laser ke layar. Ini lebih lanjut akan mengurangi radiasi tekanan.

 

 

34.6   SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

 

Berbagai jenis gelombang elektromagnetik yang tercantum pada Gambar 34,12, yang enunjukkanspektrum elektromagnetik. Perhatikan rentang frekuensi yang luas dan panjang gelombang. tidak adatitik yang tajam membagi ada antara satu jenis gelombang dan berikutnya. Ingat bahwa semua bentuk berbagai jenis radiasi yang dihasilkan oleh yang sama phenome- non-mempercepat biaya. Nama yang diberikan untuk jenis-jenis gelombang yang hanya untuk con-venience dalam menggambarkan wilayah spektrum di mana mereka berbohong.Gelombang radio, yang panjang gelombang berkisar dari lebih dari 104 m sampai sekitar 0,1 m, hasil dari biaya percepatan melalui pelaksanaan kabel. Mereka dihasilkan oleh
perangkat elektronik seperti osilator LC dan digunakan dalam komunikasi radio dan televisi-
sistem kation.

Microwave memiliki panjang gelombang berkisar dari sekitar 0,3 m sampai 10) 4 m dan juga dihasilkan oleh perangkat elektronik. Karena panjang gelombang pendek mereka, mereka cocok untuk sistem radar dan untuk mempelajari sifat atom dan molekul
materi. Oven microwave adalah aplikasi domestik menarik dari gelombang ini. Ini memiliki
telah menyarankan bahwa energi surya dapat dimanfaatkan dengan berseri-seri gelombang mikro ke Bumi dari kolektor surya di ruang angkasa.

Inframerah gelombang memiliki panjang gelombang berkisar dari sekitar 10) 3 m ke
panjang gelombang terpanjang cahaya tampak, 7 $ 10) 7 m. Gelombang ini, yang dihasilkan oleh molekul dan ruang-suhu benda, yang mudah diserap oleh bahan yang paling. inframerah
(IR) energi yang diserap oleh suatu zat muncul energi sebagai energi internal karena agi-
agar mudah untuk dibawa atom-atom objek, meningkatkan gerakan mereka getaran atau translasi, yang menghasilkan kenaikan suhu. Radiasi infra merah telah praktis dan ilmiah
aplikasi di banyak daerah, termasuk terapi fisik, fotografi IR, dan getaran spektroskopi.

Cahaya tampak, bentuk yang paling akrab gelombang elektromagnetik, adalah bagian dari elektromagnetik spektrum yang mata manusia dapat mendeteksi. Cahaya yang dihasilkan oleh penataan elektron dalam atom dan molekul. Berbagai panjang gelombang terlihat cahaya, yang sesuai dengan warna yang berbeda, berkisar dari merah (* $ 7 $ 10) 7 m) untuk ungu (* $ 4 $ 10) 7 m). Sensitivitas mata manusia adalah fungsi dari panjang gelombang, yang maksimum pada panjang gelombang sekitar 5,5 $ 10) 7 m. Dengan pemikiran ini, mengapa Anda misalkan bola tenis sering memiliki warna kuning-hijau?

Gelombang ultraviolet panjang gelombang mencakup mulai dari sekitar 4 $ 10) 7 m untuk (6 $ 10) 10 m. Matahari merupakan sumber penting dari ultraviolet (UV) cahaya, yang merupakan penyebab utama kulit terbakar. Lotion tabir surya yang transparan untuk cahaya tampak, tetapi menyerap sebagian besar sinar UV. The tabir surya yang lebih tinggi faktor perlindungan matahari (SPF), semakin besar persentase sinar UV diserap. Sinar ultraviolet juga telah terlibat dalam pembentukan katarak, sebuah kekeruhan dari lensa di dalam mata.

Sebagian besar sinar UV dari matahari diserap oleh ozon (O3) molekul dalam
Atas atmosfer bumi, di lapisan yang disebut stratosfer. Ini lapisan ozon mematikan mengkonversi radiasi energi tinggi UV untuk radiasi inframerah, yang pada giliran menghangatkanstratosfer. Baru-baru ini, banyak kontroversi telah muncul tentang POSSI-
bel penipisan lapisan ozon pelindung sebagai akibat dari bahan kimia yang dipancarkan dari
semprot aerosol kaleng dan digunakan sebagai refrigeran.

 

Sebuah antena setengah gelombang bekerja pada prinsip bahwa optimal panjang antena adalah setengah panjang gelombang radiasi yang diterima. Apa adalah panjang optimal dari antena mobil ketika menerima sinyal frekuensi 94,7 MHz? Solusi Persamaan 34,13 memberitahu kita bahwa panjang gelombang darisinyal

Jadi, untuk beroperasi paling efisien, antena harus memiliki panjang (3.16 m) / 2 “1,58 m. Untuk lasan praktis, mobil antena biasanya seperempat panjang gelombang dalam ukuran.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gelombang elektromagnetik, yang diperkirakan oleh persamaan Maxwell, telah mengikutiing sifat:

  • Medan listrik dan medan magnet masing-masing memenuhi persamaan gelombang. Ini gelombang dua persamaan, yang dapat diperoleh dari persamaan Maxwell ketiga dan  keempat, yang

  •  Gelombang perjalanan melalui vakum dengan kecepatan cahaya , di mana

  •  Medan listrik dan medan magnet yang tegak lurus satu sama lain dan perpendicuLar ke arah propagasi gelombang. (Oleh karena itu, gelombang elektromagnetik gelombang transversal.)

 

  •  Besarnya sesaat E dan B pada gelombang elektromagnetik yang terkait oleh ekspresi

  • Gelombang membawa energi. Laju aliran energi melintasi satuan luas dijelaskan oleh vektor Poynting S, di mana

 

  •  Gelombang elektromagnetik membawa momentum dan karenanya menekan permukaan. Jika gelombang elektromagnetik yang Poynting vektor adalah S benar-benar diserap oleh permukaan atas mana hal itu biasanya insiden, tekanan radiasi pada permukaan yang

Jika permukaan benar-benar mencerminkan gelombang insiden normal, tekanan dua kali lipat. Listrik dan medan magnet sebuah gelombang elektromagnetik pesawat sinusoidal Propagating dalam arah x positif dapat ditulis

mana% adalah frekuensi sudut gelombang dan k adalah bilangan gelombang sudut. Ini persamaan merupakan solusi khusus untuk persamaan gelombang untuk E dan B. panjang gelombang dan frekuensi gelombang elektromagnetik yang terkait dengan

Nilai rata-rata dari vektor Poynting untuk gelombang elektromagnetik pesawat memiliki besarnya

Intensitas gelombang elektromagnetik pesawat sinusoidal sama dengan nilai rata-rata dari vektor Poynting mengambil alih satu atau lebih siklus. Spektrum elektromagnetik mencakup gelombang yang mencakup berbagai panjang gelombang, dari gelombang radio panjang di lebih dari 104 m untuk sinar gamma kurang dari 10) 14 m.

 

 

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s